關(guān)于地鐵重疊隧道施工順序的研究成果已有過(guò)一些報(bào)道,相關(guān)的研究成果[1,2]認(rèn)為:對(duì)于地鐵重疊隧道應(yīng)采用先上洞后下洞的施工順序,但現(xiàn)場(chǎng)采用的施工順序和相關(guān)的研究成果卻剛剛相反。鑒于此,本文以深圳地鐵3號(hào)線區(qū)間盾構(gòu)隧道為工程背景,采用有限元數(shù)值模擬方法,對(duì)地鐵重疊隧道段兩種工況、兩種施工順序的盾構(gòu)隧道施工全過(guò)程的力學(xué)行為進(jìn)行對(duì)比研究。 
      1工程背景
      深圳地鐵3號(hào)線的老-東(老街站—東門中路站)區(qū)間位于深圳市老街、東門核心商業(yè)中心區(qū),該范圍人流密集、道路交錯(cuò)、地下管線縱橫。由于受老街站控制,上下隧道的最小凈距為1.6m。隧道下穿的房屋除兩處需進(jìn)行托換外,大部分為6~8層磚混、擴(kuò)大或筏板基礎(chǔ)的房屋,地面沉降控制十分嚴(yán)格。本文以此為工程背景,對(duì)同一斷面處地表沒(méi)有任何地面建筑和地表有房屋基礎(chǔ)兩種工程條件下的上下重疊隧道進(jìn)行數(shù)值模擬研究。 
      2工程水文地質(zhì)
      分析斷面為ZCK7+920,斷面巖土自上而下為<1>人工填土,<3-6>、<3-2>、<3-3>砂層,<6-2>殘積土層以及<12-1>全風(fēng)化、<12-2>強(qiáng)風(fēng)化、<12-3>中等風(fēng)化基巖,圍巖均一性級(jí)差,綜合判定圍巖為Ⅵ級(jí)。該段地下水位埋深為3.6m,滲透系數(shù)K=2.5m/d,隧道單位長(zhǎng)度涌水量q=11.2m3/d·m。 
      3數(shù)值模擬概況 
      3.1房　基
      房屋基礎(chǔ)為8層磚混擴(kuò)大房屋基礎(chǔ),埋深4m尺寸為4m×4m,基礎(chǔ)中心間距為9m×9m(現(xiàn)場(chǎng)竣工圖)。根據(jù)我國(guó)房建的現(xiàn)狀對(duì)作用在房基上的荷載進(jìn)行偏于安全的估算:取每層房屋單位面積的總荷載為12.5kN,則作用在每平方米房基上的荷載為(12.5×8×9×9)/(4×4)=506.25kN,數(shù)值模擬取510kN。 
      3.2模　型
      采用通用軟件ANSYS程序?qū)Ρ竟こ虠l件下先上洞后下洞和先下洞后上洞兩種施工順序的施工全過(guò)程進(jìn)行研究。研究采用2節(jié)點(diǎn)等參平面梁(beam3)單元模擬盾構(gòu)隧道襯砌,平面4節(jié)點(diǎn)等參實(shí)體單元(plane42)模擬地層;單元和節(jié)點(diǎn)總數(shù)都約為1500,計(jì)算參數(shù)與地質(zhì)勘察參數(shù)完全相同;計(jì)算范圍為水平方向長(zhǎng)70m,垂直方向從地表向下取總長(zhǎng)60m;地應(yīng)力場(chǎng)按自重應(yīng)力場(chǎng)考慮;邊界條件為:左右邊界水平約束,下邊界垂直方向約束,地表為自由面。 
      4數(shù)值模擬結(jié)果與分析 
      4.1地層應(yīng)力
      單洞施工過(guò)程中,地應(yīng)力場(chǎng)變化較大的區(qū)域主要位于兩側(cè)拱腰(水平位置)偏下的區(qū)域,而施工全過(guò)程地應(yīng)力場(chǎng)變化最大的區(qū)域是下洞兩側(cè)拱腰(水平位置)偏下的區(qū)域,表2所示為兩種施工順序施工結(jié)束時(shí)地層局部最大主應(yīng)力分布狀況。由表2可以看出:在地表無(wú)建筑物的工程條件下,采用先上洞后下洞施工順序的地層局部最大第三主應(yīng)力為0.515MPa,采用先下洞后上洞施工順序的地層局部最大第三主應(yīng)力為0.517MPa;在地表有房屋基礎(chǔ)的工程條件下,采用先上洞后下洞施工順序的地層局部最大第三主應(yīng)力為0.784MPa,采用先下洞后上洞施工順序的地層局部最大第三主應(yīng)力為0.766MPa。由此可以得出:在地表無(wú)任何建筑物的工程條件下,采用先上洞后下洞施工順序的地層局部第三主應(yīng)力小于先下洞后上洞施工順序的地層局部第三主應(yīng)力;但在地表有房屋基礎(chǔ)的工程條件下,以上結(jié)果剛好相反。 
      4.2地層位移
      施工過(guò)程中地層豎向位移主要集中在兩隧道拱頂以上和仰拱以下的豎直區(qū)域,并且各典型施工階段地層位移較大的區(qū)域主要集中在離當(dāng)前施工較近范圍的區(qū)域,表3所示為兩種施工順序施工結(jié)束時(shí)地層豎向位移分布狀況,由表3可以看出:地表無(wú)建筑物時(shí),采用先上洞后下洞施工順序的地層最大下沉值為5.3mm(上洞拱頂)、最大隆起值為16.0mm(下洞拱底),兩洞之間的地層位移表現(xiàn)為向上隆起;采用先下洞后上洞施工順序的地層最大下沉值為6.5mm(上洞拱頂)、最大隆起值為17.1mm(下洞拱底),兩洞之間的地層位移表現(xiàn)為向下沉降。地表有房屋基礎(chǔ)工程條件時(shí),采用先上洞后下洞施工順序的地層最大下沉值為30.6mm(上洞拱頂)、最大隆起值為19.6mm(下洞拱底)、兩洞之間的地層位移表現(xiàn)為向下沉降;采用先下洞后上洞施工順序的地層最大下沉值為23.7mm(上洞拱頂)、最大隆起值為18.9mm(下洞拱底),兩洞之間的地層位移表現(xiàn)為向下沉降。由此可見,當(dāng)?shù)乇頍o(wú)建筑物時(shí)采用先上洞后下洞施工順序引起的地層最大沉降和最大隆起值都將小于采用先下洞后上洞施工順序引起的地層豎向位移的相應(yīng)值;但在地表有房屋基礎(chǔ)工程條件時(shí),以上結(jié)果則剛好相反。